第25篇-虛擬機對象操作指令之putstatic
- 2021 年 9 月 17 日
- 筆記
之前已經介紹了getstatic與getfield指令的彙編程式碼執行邏輯，這一篇介紹putstatic指令的執行邏輯，putfield將不再介紹，大家可以自己去研究，相信大家有這個實力。
putstatic指令為指定類的靜態域賦值。位元組碼指令的格式如下：
putstatic indexbyte1 indexbyte2
無符號數indexbyte1和indexbyte2構建為(indexbyte1<<8)|indexbyte2，該索引所指向的運行時常量池項應當是一個欄位的符號引用。
指令的模板定義如下：
def(Bytecodes::_putstatic , ubcp|____|clvm|____, vtos, vtos, putstatic , f2_byte );
生成函數為putstatic()，函數的實現如下：
void TemplateTable::putstatic(int byte_no) {
putfield_or_static(byte_no, false);
}
調用TemplateTable::putfield_or_static()函數生成的機器指令對應的彙編程式碼如下：
0x00007fffe101ff90: movzwl 0x1(%r13),%edx 0x00007fffe101ff95: mov -0x28(%rbp),%rcx 0x00007fffe101ff99: shl $0x2,%edx 0x00007fffe101ff9c: mov 0x10(%rcx,%rdx,8),%ebx 0x00007fffe101ffa0: shr $0x18,%ebx 0x00007fffe101ffa3: and $0xff,%ebx // 是否已經對putstatic指令進行了連接，如果已經連接，則跳轉到resolved 0x00007fffe101ffa9: cmp $0xb3,%ebx 0x00007fffe101ffaf: je 0x00007fffe102004e
調用TemplateTable::resolve_cache_and_index()函數生成如下彙編程式碼：
// 執行到這裡，說明欄位還沒有連接 0x00007fffe101ffb5: mov $0xb3,%ebx // 調用MacroAssembler::call_VM()函數生成如下程式碼， // 用來執行InterpreterRuntime::resolve_get_put()函數 0x00007fffe101ffba: callq 0x00007fffe101ffc4 0x00007fffe101ffbf: jmpq 0x00007fffe1020042 0x00007fffe101ffc4: mov %rbx,%rsi 0x00007fffe101ffc7: lea 0x8(%rsp),%rax 0x00007fffe101ffcc: mov %r13,-0x38(%rbp) 0x00007fffe101ffd0: mov %r15,%rdi 0x00007fffe101ffd3: mov %rbp,0x200(%r15) 0x00007fffe101ffda: mov %rax,0x1f0(%r15) 0x00007fffe101ffe1: test $0xf,%esp 0x00007fffe101ffe7: je 0x00007fffe101ffff 0x00007fffe101ffed: sub $0x8,%rsp 0x00007fffe101fff1: callq 0x00007ffff66b567c 0x00007fffe101fff6: add $0x8,%rsp 0x00007fffe101fffa: jmpq 0x00007fffe1020004 0x00007fffe101ffff: callq 0x00007ffff66b567c 0x00007fffe1020004: movabs $0x0,%r10 0x00007fffe102000e: mov %r10,0x1f0(%r15) 0x00007fffe1020015: movabs $0x0,%r10 0x00007fffe102001f: mov %r10,0x200(%r15) 0x00007fffe1020026: cmpq $0x0,0x8(%r15) 0x00007fffe102002e: je 0x00007fffe1020039 0x00007fffe1020034: jmpq 0x00007fffe1000420 0x00007fffe1020039: mov -0x38(%rbp),%r13 0x00007fffe102003d: mov -0x30(%rbp),%r14 0x00007fffe1020041: retq 0x00007fffe1020042: movzwl 0x1(%r13),%edx 0x00007fffe1020047: mov -0x28(%rbp),%rcx 0x00007fffe102004b: shl $0x2,%edx
接下來生成的彙編程式碼如下：
// ---- resolved ---- // 執行如下程式碼時，表示欄位已經連接完成 0x00007fffe102004e: mov 0x20(%rcx,%rdx,8),%rbx 0x00007fffe1020053: mov 0x28(%rcx,%rdx,8),%eax 0x00007fffe1020057: mov 0x18(%rcx,%rdx,8),%rcx 0x00007fffe102005c: mov 0x70(%rcx),%rcx 0x00007fffe1020060: mov %eax,%edx // 將_flags向右移動21位，判斷是否有volatile關鍵字 0x00007fffe1020062: shr $0x15,%edx 0x00007fffe1020065: and $0x1,%edx // 將_flags向右移動28位，剩下TosState 0x00007fffe1020068: shr $0x1c,%eax // 如果不為btos，則跳轉到notByte 0x00007fffe102006b: and $0xf,%eax 0x00007fffe102006e: jne 0x00007fffe1020083 // btos // 將棧頂的值存儲到%eax中，這個值會寫入到對應的欄位中 0x00007fffe1020074: mov (%rsp),%eax 0x00007fffe1020077: add $0x8,%rsp // %rcx為_java_mirror，%rbx為_f2，表示域在類中的偏移 0x00007fffe102007b: mov %al,(%rcx,%rbx,1) 0x00007fffe102007e: jmpq 0x00007fffe10201be // 跳轉到Done // -- notByte -- // 如果不為atos，則跳轉到notObj 0x00007fffe1020083: cmp $0x7,%eax 0x00007fffe1020086: jne 0x00007fffe1020130 // atos // 將棧頂的值彈出到%rax中，這個值將用來更新對應欄位的值 0x00007fffe102008c: pop %rax // ... // 將值更新到對應的欄位上 0x00007fffe1020115: mov %eax,(%rcx,%rbx,1) // 其中的0x9是CardTableModRefBS::card_shift，shr表示邏輯右移，由於%rcx指向的是 // java.lang.Class實例的首地址，向右移後%rcx就算出了卡表的索引 0x00007fffe1020118: shr $0x9,%rcx // 地址常量$0x7fffe07ff000表示卡表的基地址 0x00007fffe102011c: movabs $0x7fffe07ff000,%r10 // 將對應的卡表項標記為臟，其中常量0x0就表示是臟卡 0x00007fffe1020126: movb $0x0,(%r10,%rcx,1) 0x00007fffe102012b: jmpq 0x00007fffe10201be // 跳轉到Done // ---- notObj ---- // 如果不為itos，那麼跳轉到notInt 0x00007fffe1020130: cmp $0x3,%eax 0x00007fffe1020133: jne 0x00007fffe1020148 // itos 0x00007fffe1020139: mov (%rsp),%eax // 如果不為ctos，則跳轉到notChar 0x00007fffe102013c: add $0x8,%rsp 0x00007fffe1020140: mov %eax,(%rcx,%rbx,1) 0x00007fffe1020143: jmpq 0x00007fffe10201be // 跳轉到Done 0x00007fffe1020148: cmp $0x1,%eax 0x00007fffe102014b: jne 0x00007fffe1020161 // ctos 0x00007fffe1020151: mov (%rsp),%eax 0x00007fffe1020154: add $0x8,%rsp 0x00007fffe1020158: mov %ax,(%rcx,%rbx,1) 0x00007fffe102015c: jmpq 0x00007fffe10201be // 跳轉到Done 0x00007fffe1020161: cmp $0x2,%eax 0x00007fffe1020164: jne 0x00007fffe102017a // stos 0x00007fffe102016a: mov (%rsp),%eax 0x00007fffe102016d: add $0x8,%rsp 0x00007fffe1020171: mov %ax,(%rcx,%rbx,1) 0x00007fffe1020175: jmpq 0x00007fffe10201be // 跳轉到Done 0x00007fffe102017a: cmp $0x4,%eax 0x00007fffe102017d: jne 0x00007fffe1020194 // ltos 0x00007fffe1020183: mov (%rsp),%rax 0x00007fffe1020187: add $0x10,%rsp 0x00007fffe102018b: mov %rax,(%rcx,%rbx,1) 0x00007fffe102018f: jmpq 0x00007fffe10201be // 跳轉到Done 0x00007fffe1020194: cmp $0x5,%eax 0x00007fffe1020197: jne 0x00007fffe10201b0 // ftos 0x00007fffe102019d: vmovss (%rsp),%xmm0 0x00007fffe10201a2: add $0x8,%rsp 0x00007fffe10201a6: vmovss %xmm0,(%rcx,%rbx,1) 0x00007fffe10201ab: jmpq 0x00007fffe10201be // 跳轉到Done // dtos 0x00007fffe10201b0: vmovsd (%rsp),%xmm0 0x00007fffe10201b5: add $0x10,%rsp 0x00007fffe10201b9: vmovsd %xmm0,(%rcx,%rbx,1) // ---- Done ---- 0x00007fffe10201be: test %edx,%edx 0x00007fffe10201c0: je 0x00007fffe10201cb 0x00007fffe10201c6: lock addl $0x0,(%rsp) // ---- notVolatile ----
在如上程式碼中，最值得關注的2個點如下：
（1）更新引用欄位時，通過屏障將對應的卡表項標記為臟，這樣可在GC過程中掃描臟卡就可將活躍對象標記出來而不會造成遺漏；
（2）當欄位有volatile關鍵字修飾時，需要填寫lock指令前綴，這個前綴在之前介紹x86-64機器指令時沒有介紹過，這裡摘抄一下別人對此指令的介紹：
Intel手冊對 lock 前綴的說明如下：
- 確保被修飾指令執行的原子性；
- 禁止該指令與前面和後面的讀寫指令重排序；
- 指令執行完後把寫緩衝區的所有數據刷新到記憶體中（這樣這個指令之前的其他修改對所有處理器可見）。
在所有的 X86 CPU 上都具有鎖定一個特定記憶體地址的能力，當這個特定記憶體地址被鎖定後，它就可以阻止其他的系統匯流排讀取或修改這個記憶體地址。這種能力是通過 lock 指令前綴再加上下面的彙編指令來實現的。當使用 lock 指令前綴時，它會使 CPU 宣告一個 lock# 訊號，這樣就能確保在多處理器系統或多執行緒競爭的環境下互斥地使用這個記憶體地址。當指令執行完畢，這個鎖定動作也就會消失。
推薦閱讀：
第2篇-JVM虛擬機這樣來調用Java主類的main()方法
第13篇-通過InterpreterCodelet存儲機器指令片段
第20篇-載入與存儲指令之ldc與_fast_aldc指令（2）
如果有問題可直接評論留言或加作者微信mazhimazh
關注公眾號，有HotSpot VM源碼剖析系列文章！
